influencia de las diatomeas como llenante … · determinan el comportamiento y las propiedades de...
TRANSCRIPT
1
INFLUENCIA DE LAS DIATOMEAS COMO LLENANTE MINERAL EN EL
COMPORTAMIENTO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA DENSA EN CALIENTE MDC-19.
MICHELLE SMEIDER VARGAS AVENDAÑO
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS
BOGOTÁ D.C
2017
2
INFLUENCIA DE LAS DIATOMEAS COMO LLENANTE MINERAL EN EL
COMPORTAMIENTO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE UNA
MEZCLA ASFÁLTICA DENSA EN CALIENTE MDC-19.
MICHELLE SMEIDER VARGAS AVENDAÑO
Trabajo de grado para optar el título de
Especialista en Ingeniería de Pavimentos
Asesor
CARLOS JOSE SLEBI
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INGENIERÍA DE PAVIMENTOS
BOGOTÁ D.C
2017
3
4
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 7
1. GENERALIDADES ................................................................................................. 9
2. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. 12
3. OBJETIVOS......................................................................................................... 14
4. MARCOS DE REFERENCIA .................................................................................. 15
5. ENSAYOS A EVALUAR ........................................................................................ 24
6. DESARROLLO EXPERIMENTAL ............................................................................ 26
7. ELABORACIÓN DE DISEÑO MDC-19 CON FILLER PROVENIENTE DE TRITURACIÓN
DE ROCA 32
8. ELABORACIÓN DE DISEÑO MDC-19 CON ADICIÓN DE DIATOMEAS EN
REEMPLAZO DEL FILLER DE TRITURACIÓN DE ROCA. ............................................................. 38
9. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD AL AGUA DE LAS
MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO UTILIZANDO LA PRUEBA DE TRACCIÓN INDIRECTA (T.S.R)
INV E-725-13 ......................................................................................................................... 44
10. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................. 46
11. CONCLUSIONES ............................................................................................. 49
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 50
5
LISTADO DE TABLAS
TABLA 1. REQUISITOS DE LOS AGREGADOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE DE
GRADACIÓN CONTINÚA. ...................................................................................... 17
TABLA 2. FRANJAS GRANULOMÉTRICAS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE DE
GRADACIÓN CONTINUA ....................................................................................... 23
TABLA 3. DISEÑO PRELIMINAR MEZCLA ASFÁLTICA ....................................................... 24
TABLA 4. RESULTADOS DEL TAMIZAJE TRITURADO PASA 3/4" ....................................... 26
TABLA 5. RESULTADOS DEL TAMIZAJE ARENA PASA 3/8" .............................................. 27
TABLA 6. RESULTADOS DEL TAMIZAJE GRANULOMETRÍA DE AGREGADOS COMBINADOS .. 29
TABLA 7. CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS PÉTREOS GRUESOS Y FINOS .................... 30
TABLA 8. DISEÑO MARSHALL MDC-19 CON FILLER PROVENIENTE DE TRITURACIÓN ....... 33
TABLA 9. RESULTADOS MÉTODO RICE ....................................................................... 37
TABLA 10. FÓRMULA DE TRABAJO MDC-19 CON FILLER DE TRITURACIÓN DE ROCA ........ 38
TABLA 11. DISEÑO MARSHALL MDC-19 CON DIATOMEAS ............................................ 39
TABLA 12. RESULTADOS DEL ENSAYO TSR EN MDC-19 CON FILLER DE TRITURACIÓN DE
ROCA ............................................................................................................... 44
TABLA 13 .CÁLCULO DEL T.S.R PARA MDC-19 CON FILLER DE TRITURACIÓN DE ROCA .. 44
TABLA 14. RESULTADOS DEL ENSAYO T.S.R EN MDC-19 CON ADICIÓN DE DIATOMEAS .. 45
TABLA 15. CÁLCULO DEL TSR PARA MDC-19 CON ADICIÓN DE DIATOMEAS .................. 45
TABLA 16. COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE ESTABILIDAD (N) .................................. 46
TABLA 17. COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE FLUJO .................................................. 47
TABLA 18. COMPARACIÓN VACÍOS CON AIRE (%) ......................................................... 47
TABLA 19 . COMPARACIÓN DE VAM ........................................................................... 48
TABLA 20. COMPARACIÓN DE VACÍOS LLENOS DE ASFALTO .......................................... 48
TABLA 21. COMPARACIÓN DE RESISTENCIA CONSERVADA A LA TRACCIÓN INDIRECTA ..... 48
6
LISTADO DE ILUSTRACIONES
ILUSTRACIÓN 1. CURVA DE DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA TRITURADO PASA 3/4" ...... 27
ILUSTRACIÓN 2. CURVA DE DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA ARENA PASA 3/8" ............. 28
ILUSTRACIÓN 3. CURVA DE DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA AGREGADOS COMBINADOS.29
ILUSTRACIÓN 4. REPORTE DE CALIDAD DEL ASFALTO ................................................... 31
ILUSTRACIÓN 5. ESTABILIDAD (N) - CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-19 .................. 34
ILUSTRACIÓN 6. FLUJO - CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-19.................................. 34
ILUSTRACIÓN 7. DENSIDAD (G/CM3) - CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-19 ............... 35
ILUSTRACIÓN 8. PORCENTAJE DE VACÍOS EN LOS AGREGADOS MINERALES (%) -
CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-19 .............................................................. 35
ILUSTRACIÓN 9. CONTENIDO DE VACÍOS CON AIRE (%) - CONTENIDO DE ASFALTO (%).
MDC-19 .......................................................................................................... 36
ILUSTRACIÓN 10. VACÍOS LLENOS DE ASFALTO (%) - CONTENIDO DE ASFALTO (%).MDC-
19 .................................................................................................................... 36
ILUSTRACIÓN 11. MÉTODO RICE. MDC-19 ................................................................ 37
ILUSTRACIÓN 12. ESTABILIDAD (N) - CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-19 CON
DIATOMEAS ....................................................................................................... 40
ILUSTRACIÓN 13. FLUJO - CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-19 CON DIATOMEAS ....... 40
ILUSTRACIÓN 14. DENSIDAD (G/CM3) - CONTENIDO DE ASFALTO (%).MDC-19 CON
DIATOMEAS ....................................................................................................... 41
ILUSTRACIÓN 15. VACÍOS EN LOS AGREGADOS (%) - CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-
19 CON DIATOMEAS ........................................................................................... 41
ILUSTRACIÓN 16. VACÍOS CON AIRE (%) - CONTENIDO DE ASFALTO (%). MDC-19 CON
DIATOMEAS ....................................................................................................... 42
ILUSTRACIÓN 17. VACÍOS LLENOS CON ASFALTO (%) - CONTENIDO DE ASFALTO (%).
MDC-19 CON DIATOMEAS .................................................................................. 42
ILUSTRACIÓN 18. MÉTODO RICE ............................................................................... 43
ILUSTRACIÓN 19. RESULTADOS MÉTODO RICE ........................................................... 43
7
INTRODUCCIÓN
La mayoría de los pavimentos se encuentran formados en su capa superior por
mezcla asfáltica, la cual está constituida por un agregado pétreo recubierto con
una película de ligante bituminoso. Las cantidades relativas de estos materiales
determinan el comportamiento y las propiedades de la mezcla, por lo cual es de
vital importancia conocer a profundidad las características de dichos materiales.
Los agregados pétreos se dividen en gruesos (retenidos en el tamiz N° 4), finos
(material que pasa el tamiz N° 4 retenido en el tamiz N° 200) y llenante mineral
(pasa tamiz N° 200) o también llamado filler, los cuales se dosifican de tal manera
que cumplan con una franja granulométrica de acuerdo a lo establecido en las
especificaciones técnicas y teniendo en cuenta el tipo de capa que se requiera
colocar.
El polvo mineral tiene un papel fundamental en el comportamiento de las mezclas
asfálticas por su elevada superficie específica, en función de su naturaleza, finura,
actividad y proporción en la que forma parte de la mezcla. Los polvos minerales
pueden ser el contenido en los áridos procedente de la trituración de los mismos;
un producto comercial de naturaleza pulverulenta como el cemento o la ceniza
volante procedente de central térmica o un polvo, en general calizo, especialmente
preparado para este fin. (Morea, 2011).
Son conocidas las ventajas potenciales que algunos polvos minerales
proporcionan a la mezcla asfáltica para resistir el efecto por envejecimiento. Sin
embargo, a menudo no se toman en cuenta otros efectos que estos provocan en
la mezcla, como el mejoramiento de las condiciones del medio continuo en el
asfalto, donde pueden incrementar la magnitud de la resistencia a la deformación
de la mezcla, sin modificar la naturaleza viscosa del mismo; mejorar la adherencia,
y con ello proveer un mayor espesor a la lámina de asfalto que recubre a los
agregados pétreos, permitiendo de este modo incrementar la durabilidad de la
mezcla frente a la acción del desplazamiento por el agua. (Álvarez Loya, 2011)
Dada la relevancia del filler en las mezclas, en el presente trabajo de investigación
se pretende evaluar la influencia de un filler compuesto por microfósiles
unicelulares de algas sedimentadas denominadas diatomeas, de la especie
Aulocoseira granulata , en una mezcla asfáltica en caliente de gradación tipo
MDC-19, de tal manera que se contemplen como una alternativa para reemplazar
8
los filleres convencionales, teniendo en cuenta su presencia en los suelos
colombianos y su favorable comportamiento en cuanto a parámetros de
resistencia del suelo, especialmente altos valores de ángulo de fricción interno Φ`
(Diaz Rodriguez, 2011).
9
1. GENERALIDADES
1.1 Línea de Investigación
Se realizará una investigación de tipo experimental acerca de la influencia de las
diatomeas en el comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica MDC-19,
mediante ensayos de laboratorio que permitan comparar su desempeño con una
mezcla patrón.
1.2. Planteamiento del Problema
La red vial Nacional cuenta con aproximadamente 5271 km construidos en
pavimento flexible para vías de primer orden (INVIAS 2017), de los cuales solo un
pequeño porcentaje se encuentra en óptimas condiciones; en su gran mayoría se
presentan daños que afectan el confort y la seguridad de los usuarios, además de
generar innumerables costos de rehabilitación y mantenimiento.
Teniendo en cuenta que la MDC-19 es una de las mezclas más utilizadas en el
país, es importante estudiar los componentes de dichas mezclas con el fin de que
éstas sean durables, estables, flexibles, resistentes, impermeables y trabajables.
Sin embargo, la geología Colombiana es muy variable y se pueden fabricar con
todo tipo de agregados, que si bien es cierto cumplen las especificaciones
normativas, difieren en su comportamiento debido a su formación geológica y por
consiguiente sus características de dureza, durabilidad y geometría cambian
significativamente.
En la naturaleza existe una gran cantidad de materiales, de los cuales se
evidencia poca información respecto a su comportamiento en el área de la
infraestructura vial; es este el caso de la diatomita. Roca silícea, sedimentaria,
constituida por diatomeas de color blanco a crema, suave al tacto, con una
apariencia similar a la tiza y químicamente inerte posee unas características físico-
químicas poco convencionales. El interés de la ingeniería en las diatomeas radica
en que son ejemplos sobresalientes de materiales micro y nanoestructurados que
afectan las propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas de los suelos (Manosalva
Sanchez & Naranjo Merchán, 2009), razón por la cual se hace necesario realizar
investigaciones basadas en ensayos de laboratorio que permitan evaluar el
desempeño de este tipo de material en las mezclas asfálticas densas en caliente.
10
1.2.1. Antecedentes del problema
Son múltiples las investigaciones que se han enfocado en la modificación de
mezclas asfálticas mediante el reemplazo de materiales convencionales por otros,
que debido a sus propiedades físicas y químicas, permitan una modificación en el
comportamiento de dichas mezclas. Sin embargo, con respecto a la inclusión de
diatomeas en mezclas asfálticas se tiene poca información, ya que a pesar de ser
un material ampliamente usado en otras áreas, no se ha estudiado su desempeño
en la infraestructura vial.
En Colombia, a partir de trabajos publicados desde 1914 hasta el 2012, fueron
registradas 681 especies que incluyen tanto diatomeas fósiles como actuales. Hoy
en día, no existe ninguna colección especializada en diatomeas. Respecto al
material depositado en colecciones, el 37% de las especies registradas se
encuentran depositadas en el Museo de Ciencias Naturales de La Plata
(Argentina), a partir de estadías realizadas por varios investigadores colombianos
(Y. Montoya Moreno, S. Sala, A. Vouilloud N. Aguirre, & Y. Plata, 2013).
En el ámbito de los suelos, el artículo “Characterization parameters and
mechanical response in diatomaceous soil depending on species” se evidencian
los resultados de ensayos realizados a dos especies de diatomeas (una de origen
colombiano y una de origen mexicano” tendientes a identificar la variación en la
resistencia al corte, la compresibilidad y los criterios de caracterización, en función
de la variación de la especie. De este estudio se concluyó que los métodos
convencionales de Casagrande no son totalmente adecuados para estudiar suelos
de diatomeas, en ambas especies resultó evidente la mayor relación de vacío a
medida que aumentaba el contenido de Diatomeas. Adicional a esto, se
encontraron altos valores de ángulo de fricción (φ `) los cuales no son
convencionales en suelos típicos de grano fino (Zuluaga, Slebi, & Caicedo).
De otro lado, las industrias de todo el mundo utilizan las diatomeas para sus
diferentes procesos de producción: fundiciones metalúrgicas, lodos de perforación
en pozos petroleros, perforación dirigida, pilotajes, cementos, como auxiliar
filtrante de cervezas, vinos, zumos, aceites, bebidas y alimentos, así como en la
fabricación de pinturas, jabones, cerámicos, materiales refractarios, abrasivos,
entre otros (Tierra de diatomeas de grado alimentario).
En cuanto a investigaciones ingenieriles, se tiene un estudio del Departamento de
Investigaciones de la Escuela de Ingenieros Militares, denominado “Análisis del
11
comportamiento físico y mecánico de mezclas de concreto hidráulico MR-37 a
partir de la adición de diatomeas a diferentes dosificaciones para pavimentos
rígidos”, en el cual se concluyó que la adición de diatomeas tuvo un efecto
negativo en la resistencia del concreto tanto a compresión como a flexión para
cilindros vigas y cubos respectivamente, por tanto no recomiendan su uso en la
elaboración de concretos convencionales. (Arroyo Caycedo, Miranda Cañon,
Molina Suarez, Rodriguez Martinez, Salgado Gutiérrez, & Soler Albañil, 2017).
De igual forma, en la Escuela de Ingenieros Militares, se realizó una investigación
denominada “Análisis del comportamiento de una mezcla densa en caliente tipo 2
(MDC-19) en concreto asfáltico a partir de la adición de diatomeas comparado a
una muestra patrón” a través de la sustitución granulométrica del material pasa
tamiz No 4 (4.76 mm) por tierra de diatomeas, empleando dosificaciones al 25%,
50%, 75% y 100%, concluyendo principalmente que el comportamiento mecánico
de dichos fósiles en mezclas asfálticas no es regular , por el contrario presentó
una fluctuación en los resultados, especialmente en el flujo y en la estabilidad de
la mezclas. No obstante, para una mezcla dosificada con un 25% en tierra de
diatomeas se encontraron mejores resultados en cuanto a estabilidad y flujo con
respecto a la muestra patrón. (Calceto, Hernández Bocanegra, Lizarazo
Salamanca , Orjuela Ariza, Ramirez Cortes, & Sierra Sanchez, 2017)
1.2.2. Pregunta de investigación
¿Cuál es la influencia de las diatomeas usadas como filler, en el comportamiento
mecánico de las mezclas asfálticas en comparación con una muestra patrón?
Variables del problema
Filler
Estabilidad
Flujo
Susceptibilidad al agua
12
2. Justificación
La mayor parte de las estructuras que se diseñan y construyen en Colombia son
flexibles. De acuerdo con ASOPAC (Asociación de Productores y Pavimentadores
Asfálticos de Colombia, 2004), más del 90% de las vías en el mundo están
construidas en pavimento asfáltico, de las cuales un gran porcentaje poseen unas
características específicas de resistencia y durabilidad que son insuficientes para
soportar los niveles de tránsito alto que se presentan.
En Colombia, la red vial cuenta con alrededor de 8000 kilómetros de longitud
distribuidos a lo largo y ancho del territorio nacional. Sin embargo, solo un
pequeño porcentaje se encuentra en óptimas condiciones; en su gran mayoría se
presentan daños que afectan el confort y la seguridad de los usuarios, además de
generar innumerables costos anuales de rehabilitación y mantenimiento (Instituto
Nacional de Vias).
La respuesta mecánica de una mezcla asfáltica depende de múltiples factores:
asfalto, agregados y llenante mineral, este último tiene un papel fundamental en el
comportamiento de las mezclas bituminosas debido a su elevada superficie
específica y al aumento de la cohesión y adherencia que aporta al resto de áridos
y ligante. El objetivo de este polvo mineral es rellenar los huecos del esqueleto de
los áridos gruesos y finos, impermeabilizar y densificar la mezcla bituminosa
(Kraemer, 2004), por lo cual, es muy importante conocer las características
geométricas, composición mineralógica y volumen del filler.
Por lo anterior, es válido pensar en evaluar la interrelación de un material como las
diatomeas con el asfalto, ya que teniendo en cuenta sus propiedades físicas y
químicas, y su disponibilidad a nivel mundial, podría llegar a contemplarse su uso
en la fabricación de mezclas asfálticas.
Las reservas mundiales de diatomita se estiman en 920 millones de toneladas, de
las cuales, 250 millones se encuentran en Estados Unidos, y son equivalentes a
alrededor de 460 veces la producción global actual; en el 2007 la producción fue
de 2.020.000 toneladas. Los principales países productores fueron Estados
Unidos de América (41%), China (21%), Dinamarca (12%), Japón (6%), Francia
(4%), México (3%) y otros como Alemania, España, Chile, Rumania, República
Checa y Perú, con una producción por país menor al 3% (Dolley, 2008)
13
En Colombia, se tienen referenciados yacimientos de diatomita en Zarzal-Obando-
Cartago-La Victoria, en el Valle del Cauca; en la Laguna de La Herrera, en
Cundinamarca; en Tunja-La Uvita-Chinavitá-Oicatá, en Boyacá; en Nariño y en la
Sabana de Bogotá y sus alrededores (Cepeda, 1978).
14
3. OBJETIVOS
3.2. OBJETIVO GENERAL
Evaluar el comportamiento mecánico de una mezcla asfáltica densa en
caliente MDC-19, a partir del reemplazo de un filler de trituración por la
adición de diatomeas.
3.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar los agregados pétreos, asfalto y fílleres a utilizar dentro del
proyecto.
Diseñar dos tipos de mezcla asfáltica MDC-19: usando como llenante
mineral material de trituración de roca y usando diatomeas.
Evaluar la susceptibilidad a la humedad mediante ensayos de Resistencia
Conservada a la Tracción Indirecta (estado húmedo y seco) para los 2 tipos
de mezclas.
Comparar los resultados y elaborar conclusiones
15
4. MARCOS DE REFERENCIA
4.1. MARCO LEGAL O NORMATIVO
Los ensayos se realizaron de acuerdo a las Especificaciones Generales de
Construcción de Carreteras del Instituto Nacional de Vías (INVIAS) 2013.
ARTÍCULO 400-13: Disposiciones Generales ejecución de obras que
incluyen cemento asfaltico.
ARTÍCULO 410-13: Suministro de Cemento Asfáltico.
ARTÍCULO 450 - 13. Mezclas asfálticas en caliente de gradación continua
(concreto asfáltico)
Las normas usadas para realizar los ensayos de laboratorio son las
siguientes:
INV E-123-13: Determinación de los tamaños de las partículas del suelo
INV E-125-13: Determinación del límite líquido de los suelos
INV E-126-13: Límite plástico e índice de plasticidad de los suelos
INV E-121-13: Determinación del contenido orgánico de un suelo mediante
el ensayo de pérdida por ignición.
INV E-133-13: Equivalente de arena de suelos y agregados finos
INV E-218-13: Resistencia a la degradación de los agregados
INV E-220-13: Solidez en sulfato de Magnesio
INV E-224-13:Determinación de valor de 10% de finos
INV E-227-13: Partículas Fracturadas Agregado Grueso
INV E-230-13: Índice de aplanamiento y alargamiento
INV E-238-13: Determinación de la resistencia del agregado grueso a la
degradación por abrasión, utilizando el aparato Micro-Deval
INV E-725-13: Evaluación de la susceptibilidad al agua de las mezclas de
concreto asfáltico utilizando la prueba de tracción indirecta
INV E-733-13. Gravedad especifica Bulk y densidad de mezclas asfálticas
compactadas no absorbentes empleando especímenes saturados y
superficialmente secos.
INV E-748-13. Estabilidad y flujo de mezclas asfálticas en caliente
empleando el equipo Marshall.
16
4.2. MARCO TEÓRICO
4.2.1. Agregados pétreos
Son materiales granulares sólidos inertes que se emplean en los firmes de las
carreteras con o sin adición de elementos activos y con granulometrías
adecuadas; se utilizan para la fabricación de productos artificiales resistentes,
mediante su mezcla con materiales aglomerantes de activación hidráulica
(cementos, cales, etc.) o con ligantes asfálticos. (Padilla Rodriguez, 2004)
Se confía que el agregado provea un fuerte esqueleto pétreo para resistir las
repetidas aplicaciones de carga, independientemente del origen, métodos de
procesamiento o mineralogía. Agregados de textura rugosa, de buena cubicidad,
dan más resistencia que los redondeados y de textura lisa. Las partículas
angulares tienden a cerrarse más apretadamente, resultando una fuerte masa de
material. Las partículas redondeadas, en lugar de trabarse, propenden a
deslizarse una sobre otras, a pesar de que un fragmento de agregado redondeado
podría poseer similar resistencia interna de un fragmento angular (Nuñez
Gavilanez, 2014)
Por esta razón, los agregados pétreos deben cumplir unos requisitos mínimos
establecidos por el artículo 450 de la norma INVIAS. (Tabla 10).
4.2.2. Llenante mineral de trituración
Es también llamado Filler, es el material granular que pasa el tamiz No. 200
proveniente de trituración de roca.
17
Fuente: Artículo 450 norma INVIAS 2013
4.2.3. Diatomeas
Las diatomeas son algas microscópicas fotosintéticas que crecen en ambientes de
agua dulce o salada, pero rica en sílice disuelta. Un factor decisivo para la
presencia de sílice disuelta en un cuerpo de agua es la existencia de actividad
volcánica en el área. La frústula o esqueleto de las diatomeas está compuesta de
sílice opalina o biogénica. Es simétrica en forma, con una gran proporción de
Tabla 1. Requisitos de los agregados para mezclas asfálticas en caliente de gradación continúa.
18
vacíos, decoradas con un patrón único de características del tamaño de
nanómetros (poros, canales, espinas). Las formas más usuales son cilíndricas,
esféricas o de disco circular; con dimensiones comprendidas entre 1 a 500 micras.
La diatomita o tierra de diatomeas es una roca sedimentaria, porosa y de bajo
peso volumétrico que se forma con la acumulación y compactación de las frústulas
de diatomeas. La diatomita es inerte, con una composición de aproximadamente
90% de sílice y el resto son óxidos de hierro y aluminio. Tiene una gran capacidad
de absorción y una extensa área superficial (Diaz Rodriguez, 2011). La diatomita
posee propiedades físicas y químicas que permiten aplicaciones imposibles en
otro tipo de material de composición silícea; se distingue por su baja densidad,
gran porosidad, alto poder de absorción y excelente capacidad filtrante
(Manosalva Sanchez & Naranjo Merchán, 2009).
Diatomeas de la especie Aulacoseira granulata
Esta especie crece en sustrato lodoso, sobre y alrededor de vegetación acuática
sumergida. Vive en lagos, estanques y ríos, en ambientes de agua dulce, con
concentraciones de sal muy restringidas. El pH se sitúa entre 6,3 y 9, en
ambientes con alta concentración de nutrientes (eutrófica) y temperaturas entre 15
y 30 ºC. En general, la Aulacoseira granulata tiene una distribución muy amplia; en
Europa la reportan mucho en lagos profundos, mientras que en Colombia se ha
encontrado más en lagos relativamente someros (Manosalva Sanchez & Naranjo
Merchán, 2009)
4.2.4. Asfalto
Es un material derivado del petróleo con una gran cantidad de componentes
hidrocarburos. Normalmente son hidrocarburos pesados, solubles, de color
oscuro, y pueden ser líquidos o sólidos. El asfalto es un material con
comportamiento visco elástico dependiendo de la temperatura en la que se
encuentre. A temperaturas bajas se comporta como un material sólido (elástico) y
a medida que la temperatura se incrementa presenta comportamiento fluido
(viscoso).
Asfalto normalizado 40-50
El término “normalizado” hace referencia al proceso industrial al cual se somete el
ligante proveniente de la refinería, para lograr el cumplimiento de especificaciones
19
y obtener una característica de penetración comprendida entre 40 y 50 mm/10.
El uso principal de estos asfaltos de penetración es la construcción y conservación
de carreteras, en capas intermedias y de rodadura para zonas con temperatura
mayor a 15°C y niveles de transito NT3, según indicaciones del Art.450 de INVIAS
4.2.5. Mezcla asfáltica en caliente
Es un material vial compuesto por 2 elementos: agregados pétreos y ligante
asfaltico. Este último actúa como un agente ligante que aglutina las partículas en
una masa cohesiva, mientras que los agregados, ligados por el material asfáltico,
actúan como un esqueleto que aporta resistencia y rigidez al sistema.
Se denomina “mezcla asfáltica en caliente” pues para lograr que los áridos se
mezclen homogéneamente con el asfalto, ambos componentes se llevan a
temperaturas altas, sobre los 100ºC, para obtener una buena trabajabilidad de la
mezcla, teniendo en cuenta que su comportamiento es afectado por las
propiedades individuales de cada componente y la interrelación de aquellos dentro
del sistema.
Propiedades de las mezclas asfálticas.
Durabilidad: Propiedad de la mezcla que hace que el pavimento sea capaz
de resistir la desintegración debido al tránsito y al clima. Éste último, afecta
principalmente al asfalto de la capa superficial por estar en contacto con el
sol, el aire y el agua, pues produce que este material, pierda las
propiedades aglutinantes, se oxide, se endurezca y envejezca afectando la
vida útil del pavimento.
Estabilidad: Se refiere a la capacidad de la mezcla asfáltica para resistir
las cargas de tránsito sin que se produzcan deformaciones. Esta propiedad
depende de la cohesión de la mezcla y de la fricción interna. La fricción
interna es aportada por el material pétreo y depende del tamaño del árido y
de la rugosidad de sus caras. Las mezclas con materiales más gruesos y
de caras angulosas tendrán mayor estabilidad que mezclas con materiales
finos. La pérdida de estabilidad en un pavimento se traduce en
ahuellamientos y ondulaciones.
Flexibilidad: Capacidad de la mezcla de adaptarse a las deformaciones
20
por asentamientos de la base y subrasante sin agrietarse.
Resistencia a la fatiga: Capacidad del pavimento asfáltico de soportar
esfuerzos provocados por el tránsito en repetidas pasadas.
Impermeabilidad: Las mezclas deben ser en lo posible totalmente
impermeables, de manera que el agua superficial no pueda atravesar hacia
las capas inferiores, evitando con ello que éstas puedan perder capacidad
de soporte.
Resistencia al deslizamiento: Capacidad del pavimento asfáltico de
ofrecer resistencia al deslizamiento, especialmente cuando está húmedo.
Trabajabilidad: se refiere a la capacidad que tenga la mezcla de colocarse
y compactarse con facilidad.
4.2.6. Mezcla Asfáltica en caliente tipo MDC-19
Es una mezcla de tipo continuo, es decir, posee una cantidad muy distribuida de
diferentes tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico. Su tamaño
máximo es ½”. El contenido de vacíos oscila entre el 4% y 6%.
Diseño
El método Marshall se emplea para dosificar mezclas en caliente de agregados
pétreos y cemento asfaltico con o sin la adición de llenante mineral. El método
puede utilizarse tanto para diseños en laboratorio como para controles de campo.
El objetivo del diseño de una mezcla asfáltica es determinar la proporción
adecuada de cemento asfáltico en la mezcla, que asegure que está presente:
Suficiente estabilidad como para satisfacer las exigencias del servicio sin
desplazamientos o distorsiones.
Suficiente asfalto para asegurar la obtención de un pavimento durable que
resulte del recubrimiento completo de las partículas de agregado pétreo,
impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, bajo una compactación
adecuada.
Suficiente trabajabilidad para permitir una eficiente colocación de la mezcla
con que se pavimentará, sin que se produzca segregación.
21
Suficientes vacíos con aire en la mezcla compactada, para proveer una
reserva de espacio que impida exudaciones y pérdidas de estabilidad al
producirse una pequeña compactación adicional bajo las cargas del
tránsito, como los posibles aumentos de volumen del asfalto a altas
temperaturas.
En general, el método emplea muestras normales para ensayos de 2-1/2” de
altura por 4 de diámetro, las cuales se preparan siguiendo un procedimiento
especificado para calentar, mezclar y compactar las mezclas de agregados y
cemento asfáltico.
Las dos características principales del ensayo son un análisis de densidad-vacíos
y una prueba de estabilidad-flujo. La estabilidad es la máxima resistencia a la
carga que la muestra normal soporta 60°C cuando se ensaya la probeta, mientras
que el flujo es la deformación total que se produce en la muestra, desde la carga
cero hasta la carga máxima.
Granulometría.
La metodología Marshall utiliza una gráfica semilogarítmica para definir la
granulometría permitida, en la cual en la ordenada se encuentran el porcentaje de
material que pasa cierta malla, y en la abscisa las aberturas de las mallas en mm,
graficadas en forma logarítmica.
La selección de una curva granulométrica para el diseño de una mezcla asfáltica
cerrada o densa, está en función de dos parámetros: el tamaño máximo nominal
del agregado y el de las líneas de control (superior e inferior).
Para prevenir segregaciones y garantizar los niveles de compactación y
resistencia exigidos por la norma INVIAS 2014, el material usado deberá dar lugar
a una curva granulométrica uniforme, sensiblemente paralela a los límites de la
franja por utilizar, sin saltos bruscos de la parte superior de un tamiz a la inferior
del tamiz adyacente y viceversa (Tabla 2).
Material bituminoso.
El tipo de asfalto para elaborar la mezcla en caliente será seleccionado en función
de:
Características climáticas de la zona
22
Tipo de capa
Condiciones de operación de la carretera
23
Franjas granulométricas
Fuente: Artículo 450 Norma INVIAS 2013
Fuente: Artículo 450 Norma INVIAS 2013
Diseño preliminar.
Cuando se realiza una mezcla de diseño, es frecuentemente necesario hacer
varias mezclas de prueba para encontrar una que cumpla con todos los criterios
de diseño (Tabla 3). Cada una de las mezclas de prueba sirve como una guía para
evaluar y ajustar las pruebas siguientes. Para diseño de mezclas preliminares, es
aconsejable comenzar con una graduación de agregado que se acerque a la
media de los límites establecidos. Las mezclas de prueba iniciales sirven para
establecer la fórmula de trabajo y verificar que la graduación de agregado dentro
de los límites especificados puede ser reproducida en una planta mezcladora.
Cuando las mezclas de pruebas iniciales fallan con los criterios de diseño en
cualquier contenido de asfalto seleccionado, será necesario modificar o, en
algunos casos, rediseñar la mezcla. Para corregir una deficiencia, la manera más
fácil de rediseñar una mezcla es cambiar la gradación de los agregados ajustando
los porcentajes utilizados. Frecuentemente este ajuste es suficiente para cumplir
con las especificaciones. Si el ajuste de los porcentajes no es suficiente, se
Tabla 2. Franjas granulométricas para mezclas asfálticas en caliente de gradación continua
24
deberán realizar serias consideraciones.
Fuente: Artículo 450 Norma INVIAS 2013
ENSAYOS A EVALUAR
Fuente: Elaboración propia
5. ENSAYOS A EVALUAR
5.1. Estabilidad y flujo (INV E-748-13)
Este ensayo sirve para determinar la resistencia a la deformación plástica de
especímenes de mezclas asfálticas para pavimentación. Se fabrican especímenes
de forma cilíndrica de 102 mm (4”) de diámetro y una altura nominal de 63.5 mm
(2 ½”), se someten a curado en baño de agua o en un horno, y luego a carga en la
Tabla 3. Diseño preliminar mezcla asfáltica
25
prensa Marshall bajo condiciones normalizadas, determinándose su estabilidad y
su deformación (flujo). Este ensayo se debe realizar dentro de las 24 horas
siguientes a la compactación de las probetas (INSTITUTO NACIONAL DE VIAS,
2013)
5.2 Ensayo de Resistencia Conservada a la Tracción Indirecta
El ensayo de tracción indirecta, destaca por ser un método simple y
representativo, que permite imitar la respuesta de un pavimento flexible y obtener
la carga máxima que aguanta una mezcla antes de romper, el cual se realiza
conforme a lo establecido en la norma I.N.V.E-725 del 2013. Este ensayo consiste
en someter a compresión diametral una probeta cilíndrica, igual a la definida en el
ensayo Marshall, aplicando una carga de manera uniforme a lo largo de dos líneas
o generatrices opuestas hasta alcanzar la roturas de romper.
Esta configuración de carga provoca un esfuerzo de tracción relativamente
uniforme en todo el diámetro del plano de carga vertical, y esta tracción es la que
agota la probeta y desencadena la rotura. La probeta es cargada a compresión
según un plano diametral vertical de la misma. Para poder cargar la probeta a
compresión en un plano diametral vertical, se requiere un dispositivo de sujeción
de la probeta a través del cual se materialice dicho plano de carga. Como parte de
este dispositivo, y en contacto directo con dos generatrices diametralmente
opuestas de la probeta, existen dos elementos encargados de evitar la rotura local
de la probeta durante el ensayo.
Como la respuesta del material es altamente dependiente de la temperatura, la
temperatura será una variable más para el ensayo. El ensayo de tracción indirecta
tiene validez para materiales de comportamiento fundamentalmente elástico y
lineal. La norma indica el uso de una temperatura de 25±1 ºC, pero permite el uso
de otras temperaturas para analizar la susceptibilidad térmica de la mezcla en
estudio y sugiere que no se utilicen temperaturas superiores al punto de
reblandecimiento del ligante por ser predominante el carácter viscoso de las
mezclas. (Garrote Villar).
26
6. DESARROLLO EXPERIMENTAL
Para llevar a cabo la comparación entre Mezcla asfáltica Densa en Caliente MDC-
19 convencional (con filler procedente de trituración de roca) y Mezcla asfáltica
Densa en Caliente con adición de diatomeas (en reemplazo del filler de trituración
de roca), se presenta inicialmente la caracterización de materiales granulares y del
asfalto como se muestra a continuación.
6.1 MATERIALES
6.1.1. Materiales granulares
Provenientes del Alto de Gualanday. Formación geológica abanico de Ibagué.
Cantos de rocas extrusivas e intrusivas en matriz arenácea y areno-tobácea.
Depósito de lahares, aluviales, glaciares, aluvio-torrenciales y flujos piroclásticos.
Este material fue triturado y clasificados mediante trituración terciaria así: Triturado
pasa ¾” retenido 3/8” y arena pasa 3/8”.
Triturado pasa ¾”
Fuente: Elaboración propia
Tabla 4. Resultados del tamizaje Triturado pasa 3/4"
27
Fuente: Elaboración propia
Arena triturada pasa 3/8”
Fuente: Elaboración propia
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.010.101.0010.00100.00
% Q
UE
PA
SA
TAMAÑO DE LA PARTICULA (mm)
Gradacion de Muestra
Ilustración 1. Curva de distribución granulométrica Triturado pasa 3/4"
Tabla 5. Resultados del tamizaje Arena pasa 3/8"
28
Fuente: Elaboración propia
Se realizaron todos los ensayos requeridos por la especificación 450 de la norma
INVIAS, y los resultados se muestran en la tabla 6.
Llenante Mineral
Proveniente de la trituración de agregados. Se realizaron el ensayo de densidad
Bulk del llenante mineral en kerosene arrojando como resultado 0.74 g/ml, y el
ensayo de peso específico arrojando como resultado un peso específico aparente
de 2.713.
Granulometría de agregados combinados
La granulometría del agregado obtenido mediante la combinación de materiales,
corresponde a una mezcla tipo MDC-19. La proporción utilizada para cumplir con
tal gradación se indica a continuación:
22.5% Grava triturada pasa ¾” retenida 3/8”
77.5% Arena triturada pasa 3/8”
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.010.101.0010.00100.00
% Q
UE
PA
SA
TAMAÑO DE LA PARTICULA (mm)
Gradacion de Muestra
Ilustración 2. Curva de distribución granulométrica Arena pasa 3/8"
29
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0.010.101.0010.00100.00
% Q
UE
PA
SA
Tabla 6. Resultados del tamizaje Granulometría de agregados combinados
Ilustración 3. Curva de distribución granulométrica agregados combinados.
30
Fuente: Elaboración propia
6.1.2. Cemento asfáltico 40-50
Se utilizó cemento asfáltico 40-50 normalizado. El término normalizado hace
referencia al proceso industrial al cual se somete el ligante proveniente de la
refinería, para lograr el cumplimiento de las especificaciones y obtener una
característica de penetración comprendida entre 40 y 50 mm/10 suministrado por
Manufacturas y Procesos Industriales MPI. El uso principal de estos asfaltos es la
construcción y conservación de carreteras, en capas intermedias y de rodadura
para zonas con temperatura mayor a 15°C y niveles de tránsito NT3. Los
resultados de los ensayos realizados al ligante se muestran a continuación en el
reporte de calidad de este asfalto.
Tabla 7. Caracterización de agregados pétreos gruesos y finos
31
Fuente: Manufacturas y Procesos Industriales MPI
Ilustración 4. Reporte de calidad del asfalto
32
7. ELABORACIÓN DE DISEÑO MDC-19 CON FILLER PROVENIENTE DE
TRITURACIÓN DE ROCA
7.1. Diseño Preliminar
Se elaboraron 4 probetas para cada punto de asfalto, variando entre 5% y 7% de
asfalto, cada 0.5%, con el fin de determinar el contenido óptimo de asfalto para la
combinación de agregados ya establecida.
33
Fuente: Elaboración propia
Tabla 8. Diseño Marshall MDC-19 con filler proveniente de trituración
34
Fuente: Elaboración propia
Ilustración 6. Flujo - Contenido de asfalto (%). MDC-19
Fuente: Elaboración propia
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
FL
UJ
O (
0.0
1 m
m)
% DE ASFALTO
13000
13500
14000
14500
15000
15500
16000
16500
17000
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
ES
TA
BIL
IDA
D (
N)
% DE ASFALTO
Ilustración 5. Estabilidad (N) - Contenido de asfalto (%). MDC-19
35
Fuente: Elaboración propia
Ilustración 8. Porcentaje de vacíos en los agregados minerales (%) - Contenido de
asfalto (%). MDC-19
Fuente: Elaboración propia
2.280
2.290
2.300
2.310
2.320
2.330
2.340
2.350
2.360
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
DE
NS
IDA
D (
g/c
m3
)
% DE ASFALTO
Ilustración 7. Densidad (g/cm3) - Contenido de asfalto (%). MDC-19
14.0
14.5
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
17.5
18.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
% V
AM
% DE ASFALTO
36
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
% D
E V
AC
IOS
CO
N A
IRE
% DE ASFALTO
Ilustración 9. Contenido de vacíos con aire (%) - Contenido de asfalto (%). MDC-19
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
% D
E V
AC
IOS
LL
EN
OS
CO
N
AS
FA
LT
O
% DE ASFALTO
Ilustración 10. Vacíos llenos de asfalto (%) - Contenido de asfalto (%).MDC-19
37
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
Luego de analizar las respectivas curvas, se obtiene la fórmula de trabajo
mostrada en la tabla 9.
2.340
2.360
2.380
2.400
2.420
2.440
2.460
2.480
4.5 5.5 6.5 7.5
PE
SO
ES
PE
CIF
ICO
% DE ASFALTO
METODO RICE
Ilustración 11. Método RICE. MDC-19
Tabla 9. Resultados método RICE
38
Fuente: Elaboración propia
8. ELABORACIÓN DE DISEÑO MDC-19 CON ADICIÓN DE DIATOMEAS
EN REEMPLAZO DEL FILLER DE TRITURACIÓN DE ROCA.
Luego de tener definidos los porcentajes de cada fracción de agregado para el
diseño de mezcla MDC-19 con filler de trituración de roca, se realiza el reemplazo
de la porción de filler (5.8% )por una adición de diatomeas, y se calculan
nuevamente todos los parámetros exigidos por el artículo 450 de la norma INVIAS.
Tabla 10. Fórmula de trabajo MDC-19 con filler de trituración de roca
39
Fuente: Elaboración propia
Tabla 11. Diseño Marshall MDC-19 con diatomeas
40
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
12000
12500
13000
13500
14000
14500
15000
15500
16000
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
ES
TA
BIL
IDA
D (
N)
% DE ASFALTO
Ilustración 12. Estabilidad (N) - Contenido de asfalto (%). MDC-19 con diatomeas
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
FL
UJ
O (
0.0
1 m
m)
% DE ASFALTO
Ilustración 13. Flujo - Contenido de asfalto (%). MDC-19 con diatomeas
41
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
2.260
2.270
2.280
2.290
2.300
2.310
2.320
2.330
2.340
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
DE
NS
IDA
D (
g/c
m3
)
% DE ASFALTO
Ilustración 14. Densidad (g/cm3) - Contenido de asfalto (%).MDC-19 con diatomeas
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
17.5
18.0
18.5
19.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
% D
E V
AC
IOS
EN
LO
S
AG
RE
GA
DO
S
% DE ASFALTO
Ilustración 15. Vacíos en los agregados (%) - Contenido de asfalto (%). MDC-19 con diatomeas
42
Fuente: Elaboración propia
Fuente: Elaboración propia
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
% D
E V
AC
IOS
CO
N A
IRE
% DE ASFALTO
Ilustración 16. Vacíos con aire (%) - Contenido de asfalto (%). MDC-19 con diatomeas
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00% D
E V
AC
IOS
LL
EN
OS
CO
N
AS
FA
LT
O
% DE ASFALTO
Ilustración 17. Vacíos llenos con asfalto (%) - Contenido de asfalto (%). MDC-19 con diatomeas
43
Ilustración 18. Método RICE
Fuente: Elaboración propia
Ilustración 19. Resultados método RICE
Fuente: Elaboración propia
2.360
2.380
2.400
2.420
2.440
2.460
2.480
2.500
4.5 5.5 6.5 7.5
PE
SO
ES
PE
CIF
ICO
% DE ASFALTO
METODO RICE
44
9. RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD AL
AGUA DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO ASFÁLTICO UTILIZANDO LA
PRUEBA DE TRACCIÓN INDIRECTA (T.S.R) INV E-725-13
Se elaboraron seis especímenes de MDC-19 con filler de trituración de roca, con
un contenido de vacíos 7%, y se dividieron en dos subgrupos. Se guardó a
temperatura ambiente el subgrupo iba a ser probado en seco, y se saturó
parcialmente el otro subgrupo en un baño de agua destilada a 60°C durante 24
horas.
Posteriormente, se colocaron estos mismo especímenes en un baño de agua a
25°C durante 1 hora, y finalmente se aplicó una carga diametral a una rata de
deformación de 50mm/min hasta que se alcanzó la carga máxima. Los resultados
se observan en la tabla
Finalmente, se calcula la relación de resistencias a tensión, y los resultados del
cálculo se muestran en la tabla 13
Tabla 13 .Cálculo del T.S.R para MDC-19 con filler de trituración de roca
Fuente: Elaboración propia
Se realizó el mismo procedimiento para la mezcla asfáltica MDC-19 con adición de
diatomeas, y los resultados se muestran a continuación:
Tabla 12. Resultados del ensayo TSR en MDC-19 con filler de trituración de roca
45
Tabla 14. Resultados del ensayo T.S.R en MDC-19 con adición de diatomeas
Fuente: Elaboración propia
Tabla 15. Cálculo del TSR para MDC-19 con adición de diatomeas
Fuente: Elaboración propia
46
10. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Contenido de asfalto
Teniendo en cuenta el diseño Marshall presentado por el laboratorio para cada
muestra, se evidencia que para satisfacer el cumplimiento de todos los parámetros
de la normatividad INVIAS, se requirió un contenido de asfalto de 6.1% para la
mezcla asfáltica MDC-19 con filler proveniente de trituración de roca, y un
contenido de 6% de asfalto para la mezcla MDC-19 con adición de diatomeas.
Dichos resultados son contrarios a lo esperado ya que la diatomea Aulacoseira
Granulata presenta una estructura porosa, razón por la que se esperaba un
aumento en el contenido de asfalto.
Estabilidad
Como se muestra en la tabla 16, la sustitución de un llenante mineral en una
porción equivalente al 5.8% del material de trituración, por diatomeas, presenta
una disminución en la resistencia a la deformación de la mezcla asfáltica en un
6%, lo cual es contrario a lo que se esperaba, ya que teniendo cuenta que las
diatomeas han mostrado buena resistencia al corte en los suelos se esperaba que
mostrara mejores resultados en la estabilidad en comparación con la mezcla
asfáltica convencional.
Fuente: Elaboración propia
Flujo:
Tabla 16. Comparación de resultados de Estabilidad (N)
47
La mezcla con diatomeas mostró una disminución en el flujo de 0.1 % en
comparación con la mezcla convencional, lo cual no es muy significativo teniendo
en cuenta la adición de un 5.8% de diatomeas.
Fuente: Elaboración propia
% Vacíos con aire
A partir del Ensayo Marshall se buscó un contenido óptimo de asfalto de tal forma
que se obtuviera un intervalo de vacíos entre el 4% y 6% en la mezcla para
garantizar un adecuado comportamiento ante la formación de roderas. El
porcentaje de vacíos con aire aumentó 0.1% para la mezcla con adición de
diatomeas, en comparación con la mezcla asfáltica convencional.
Fuente: Elaboración propia
Vacíos en el Agregado mineral
Los vacíos en el agregado mineral aumentaron 0.1% en la mezcla MDC-19 con
diatomeas
Tabla 17. Comparación de resultados de flujo
Tabla 18. Comparación vacíos con aire (%)
48
Fuente: Elaboración propia
Vacíos llenos de asfalto
Se obtuvieron resultados iguales para la mezcla MDC-19 convencional y la que
tiene adición de diatomeas.
Fuente: Elaboración propia
Resistencia conservada a la tracción indirecta
Como se muestra en la tabla 21, se presenta una disminución en este parámetro
en la mezcla con adición de diatomeas, arrojando un valor por debajo del mínimo
especificado en la norma INVIAS para mezclas asfálticas densas en caliente y un
nivel de tránsito NT3.
Fuente: Elaboración propia
Tabla 19 . Comparación de VAM
Tabla 20. Comparación de vacíos llenos de asfalto
Tabla 21. Comparación de Resistencia conservada a la tracción indirecta
49
11. CONCLUSIONES
En la presente investigación se observa que el reemplazo de un 5.8% de
filler de trituración de roca, por diatomeas, no genera cambios significativos
en el comportamiento de la mezcla asfáltica.
A pesar de que se han encontrado altos ángulos de fricción en el suelo con
la presencia de diatomeas, se observa una disminución en la estabilidad y
en el flujo en la mezcla asfáltica dosificada con diatomeas.
La mayoría de los parámetros de diseño de las mezclas asfálticas cumplen
con lo exigido por la norma INVIAS para mezclas usadas en niveles de
tránsito NT3, exceptuando el ensayo de Resistencia Conservada a la
Tracción Indirecta, lo cual se traduce en una alta susceptibilidad a la
humedad de la mezcla con diatomeas.
Se deben realizar más ensayos con adición de diatomeas de diferentes
tipos y en diferentes proporciones para corroborar su uso en las mezclas
asfálticas.
50
BIBLIOGRAFÍA
Álvarez Loya, M. F. (2011). Estudio del efecto del tipo de filler en las propiedades
reológicas del "mástico". Obtenido de VII Congreso mexicano del asfalto:
http://www.amaac.org.mx/archivos/eventos/7cma_2011/02.pdf
Arroyo Caycedo, Á. F., Miranda Cañon, V. A., Molina Suarez, M. A., Rodriguez
Martinez, D. M., Salgado Gutiérrez, D. M., & Soler Albañil, M. D. (2017).
Análisis del comportamiento físico y mecánico de mezclas de concreto
hidráulico MR-37 a partir de la adición de diatomeas a diferentes
dosificaciones para pavimentos rígidos. Bogotá.
Asociación de Productores y Pavimentadores Asfálticos de Colombia. (2004).
Asphalt Institute. (1996). Antecedentes del Diseno y Analisis de Mezclas Asfalticas
de Superpave.
Blanchetto, H., Miro, R, Perez-Jimenez. (1998). Effect of calcareous fillers and
bituminous mix aging.
Calceto, D. S., Hernández Bocanegra, D., Lizarazo Salamanca , N., Orjuela Ariza,
J. D., Ramirez Cortes, D. X., & Sierra Sanchez, F. R. (2017). Análisis del
comportamiento de una mezcla densa en caliente tipo 2 (MDC-19) en
concreto asfáltico a partir de la adición de diatomeas comparado a una
muestra patrón. Bogotá.
Cepeda, H. (1978). Diatomitas. Recursos Minerales de Colombia., (págs. 173-
177). Bogotá.
51
Comportamiento monotónico de suelos diatomáceos. (2014). Revista de
Geotecnia, 23-24.
Diaz Rodriguez, J. A. (2011). Comportamiento monotónico de suelos diatomaceos.
Revista Investigación de Desastres Naturales, Accidentes e Infraestructura
Civil, 27-34.
Dolley, T. (2008). Diatomite. U.S Geological Survey, Mineral Commodity
Summaries. Recuperado el Septiembre de 2017, de
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/ommodity/diatomite/mcs-2009-
diato.pdf.
Garrote Villar, E. (s.f.). El ensayo de tracción indirecta. Recuperado el Octubre de
2017, de https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3324/55872-
8.pdf
Gerardo, B., Rivera, J., Rebollo , O., & Patrón, E. (s.f.). FILLER GRANITICO
PROVENIENTE DE LAVADO ARENAS DE TRITURACION, ANALISIS DE
PREFACTIBILIDAD DE USO EN MEZCLAS ASFALTICAS. La plata.
Instituto Nacional de Vias. (s.f.). Recuperado el Octubre de 2017, de
https://www.invias.gov.co/index.php/buscador?searchword=noticias&search
phrase=all.
INSTITUTO NACIONAL DE VIAS. (2013). Normas de ensayos de materiales.
Kraemer, C. P.-B. (2004). Ingeniería de Carreteras. Madrid.
Lloyd E., A. (1998). Diatomite: U.S. Geological Survey Mineral Commodity
52
Summaries.
Manosalva Sanchez, S. R., & Naranjo Merchán, W. E. (2009). Diatomitas.
Geología, caracterización y potencial uso industrial. Sogamoso.
Morea, F. (6 de Septiembre de 2011). Recuperado el Abril de 2017, de
file:///J:/PAVIMENTOS/ESPECIALIZACI%C3%93N%20ING.%20DE%20PA
VIMENTOS/TESIS%20LLENANTE%20MINERAL/Dr%20en%20ingenieria.p
df
Navarro, I. S. (2011). ESTUDIO DEL EFECTO DEL TIPO DE FILLER EN LAS
PROPIEDADES REOLÓGICAS DEL MASTICO. VII CONGRESO
MEXICANO DEL ASFALTO, (pág. 3). MÉXICO.
Paez Duenas, A. P.-J. (2009). Evaluation of the Cohesion of Crumb Rubber
Modified Bitumens by Means of UCL Method.
Reyes Ortiz, O. J., Troncoso Rivera, J. R., & Camacho Tauta, J. F. (2006).
COMPORTAMIENTO MECÁNICO Y DINÁMICO DE UNA MEZCLA
ASFÁLTICA CON ADICIÓN DE CENIZAS VOLANTES.
Ruiz, C. (1960). CONCENTRACIÓN CRÍTICA DE FILLER, SU ORIGEN Y
SIGNIFICADO EN LA DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS. La
Plata, Buenos Aires.
Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica. (2014). Comportamiento
monotónico de suelos diatomáceos. Obtenido de Revista de Geotecnia:
https://issuu.com/smigorg/docs/revista-geotecnia-smig-numero-233/22
53
Tierra de diatomeas de grado alimentario. (s.f.). Recuperado el 25 de Septiembre
de 2017, de https://diatomeasgradoalimentario.com/aplicaciones-y-
usos/industria/
Y. Montoya Moreno, S. Sala, A. Vouilloud N. Aguirre, & Y. Plata. (2013). Lista de
las diatomeas de ambientes continentales de Colombia. Biota.
Zuluaga, D., Slebi, C., & Caicedo, B. (s.f.). Characterizaction parameters and
mechanical response in diatomaceous soil depending on species.